Die Anlage von Pilzgärten als protein- und vitaminreiche Nahrungsquelle ist bei Ameisen weit verbreitet. Die bei dieser Symbiose kultivierten Pilze stammen von frei lebenden Saprophyten ab, die frische Pflanzen wegen ihres hohen Gehalts an Abwehrstoffen schlecht verwerten können. Blattschneiderameisen gelang es dennoch, diese Nahrungsquelle für ihre Pilze zu erschließen: Sie verbessern die Bekömmlichkeit der eingetragenen Blätter durch Vorbehandlung mit einem besonders stabilen, mit dem Kot übertragenen Entgiftungsenzym des Pilzes, einer Laccase. Solche Phenoloxidasen mit breiter Substratspezifität gehören neuerdings zum Repertoire der umweltfreundlichen grünen Chemie im Biotechnologiesektor.

Die rasante Entwicklung der Naturwissenschaften und der Technik eröffnet viele neue Urteils- und Handlungsmöglichkeiten. Sie sind teilweise mit erheblichen ethischen Schwierigkeiten und Konflikten verknüpft, die durch die bestehenden traditionellen Normen nicht immer eindeutig geregelt werden. Viele neue ethische Fragestellungen beziehen sich auf Handlungsbereiche, die den Menschen erst seit wenigen Jahren oder Jahrzehnten offen stehen, beispielsweise der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen oder die Pränataldiagnostik.

Chloroplasten sind die bekanntesten Vertreter der Plastiden, den charakteristischen Organellen der Pflanzenzelle. Chloroplasten findet man in den grünen Geweben der Pflanzen, und Wachstum und Produktivität von Pflanzen hängt von der Photosynthese in den Chloroplasten ab. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass die für den Import von Photosynthese-Proteinen verantwortlichen ”Türsteher“ in der Hüllmembran der Plastiden während des Ergrünens deutlich umstrukturiert werden müssen.

“Aroma” oder “gusto” heißt es auf Spanisch, “flavor” oder “taste” auf Englisch – im Deutschen sprechen wir einfach vom “Geschmack”, ohne uns genau festzulegen, ob wir von der Geschmacksqualität eines Nahrungsmittels oder vom Geschmacksempfinden des Genießers sprechen. Die Geschmacksqualität hängt von molekularen Bestandteilen des Nahrungsstoffes ab, das Geschmacksempfinden von der neuronalen Verarbeitung und subjektiven Wahrnehmung. Geschmacksrezeptoren gibt es nicht nur auf der Zunge, sie sind auch in anderen Körperbereichen für die Signalvermittlung zwischen Zelläußerem und Zellinnerem zuständig.

Über das Internet-Projekt HOBOS können Schülerinnen und Schüler das drittwichtigste Nutztier des Menschen nach Rind und Schwein online kennenlernen. Sie können sehen und messen, was gerade live im Stock und außerhalb vor sich geht und eigenständig auf einfache, aber auch auf hochkomplexe Prozesse rund um den Bienenstaat schließen.

Wandtafeln erfahren an Schulen und Hochschulen aufgrund ihrer besonderen didaktischen Merkmale teilweise noch heute eine ausgiebige Nutzung, wobei auf den Erhaltungszustand der teilweise kostbaren und seltenen Stücke nicht unbedingt viel Rücksicht genommen wird. Eine fachgerechte Restaurierung ist für Schulen und Institute oft nicht finanzierbar – die hier vorgestellte Notsicherung gewährleistet zumindest den Erhalt der Tafeln.

Das Ausfällen von Proteinen steht oft am Anfang der Reinigungsprozedur einer Proteinlösung und dient der Entfernung grober Verunreinigungen wie Lipiden, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren und Proteinen mit anderem Lösungsverhalten. Die einsetzbaren Techniken variieren und reichen von der Änderung des pH-Wertes über Fällung durch Hitze bis hin zum Einsatz organischer Lösungsmittel oder hoher Salzkonzentrationen, wobei das Aussalzen hier die am häufigsten benutzte Methode darstellt. Als eine der bekanntesten Methoden gilt die Ammoniumsulfatfällung.

Der Türkise Prachtgrundkärpfling Nothobranchius furzeri lebt in saisonalen Tümpeln Afrikas. Durch Diapausen übersteht er die zum Teil sehr langen Trockenzeiten. Nach dem Schlüpfen zeigt er ein sehr schnelles Wachstum und ist nach vier bis fünf Wochen geschlechtsreif. Bestimmte Stämme von N. furzeri weisen eine Lebensspanne von lediglich drei bis vier Monaten auf, was die kürzeste Lebensspanne für ein Wirbeltier darstellt, das im Labor gehalten werden kann. Trotz seiner kurzen Lebensspanne zeigt N. furzeri typische Altersmarker auf morphologischer, verhaltensbiologischer und molekularer Ebene. So zeigen alte Tiere beispielsweise eine Verkürzung der Telomere sowie einen Verlust der Anzahl und Aktivität der Mitochondrien. Erste Kreuzungsexperimente haben gezeigt, dass es mindestens vier Bereiche im Genom von N. furzeri gibt, die etwas mit der unterschiedlichen Lebensspanne zu tun haben.

Nothobranchius furzeri

The African killifish Nothobranchius furzeri lives in seasonal ponds. Through diapauses it can survive the often very extended dry season. After hatching N. furzeri grows extremely fast and becomes sexually mature after 4–5 weeks. Certain strains of N. furzeri show an extremely short lifespan of only 3–4 months, which is the shortest lifespan of a vertebrate that can be kept in captivity. Despite its short lifespan N. furzeri shows typical signs of aging on a morphological, behavioral and molecular level. Old animals display shortening of telomeres and a loss of the number and activity of mitochondria. First crossing experiments between the short- and the long-living strains have revealed the existence of at least four genomic loci, which contribute to the differences in lifespan.

Der Türkise Prachtgrundkärpfling (Nothobranchius furzeri) stammt aus Afrika und lebt dort in Tümpeln, die nur während der Regenzeit existieren. Aufgrund dieses unbeständigen Habitats wachsen diese Fische nach dem Schlüpfen extrem schnell, sind schon nach wenigen Wochen geschlechtsreif und haben eine sehr kurze Lebensspanne von nur einigen Monaten. Wie sich eine solche Spezies als Modell für die Alternsforschung nutzen lässt, ist Thema dieses Artikels.

Stromleitende Mikroben – das klingt nach Science Fiction oder zumindest nach einem exotischen natürlichen Phänomen. Intensive Grundlagenforschung in diesem Bereich zeigt jedoch, dass dieser Prozess in der anaeroben mikrobiellen Ökologie weit verbreitet scheint. Mikroben “verdrahten” sich mit ihrer belebten und unbelebten Umwelt, um energetische Netzwerke aufzubauen. In mikrobiellen bioelektrochemischen Systemen wird versucht, diese Erkenntnisse für umwelt- und biotechnologischen Anwendungen nutzbar zu machen. Während frühe Vorhaben fast ausschließlich darauf abzielten, mit Hilfe dieser Netzwerke Energie als elektrischen Strom in mikrobiellen Brennstoffzellen zu gewinnen, entsteht mittlerweile eine wachsende Vielfalt weiterführender Anwendungen. Dabei ermöglicht uns unser wachsendes Verständnis des mikrobiellen extrazellulären Elektronentransfers, diese Prozesse kontrolliert für uns nutzbar zu machen.

Microbes wired up – From wastewater treatment to bioelectrotechnology

Electron conducting microbes – this still sounds like science fiction or at least like an exotic natural phenomenon. Groundbreaking research in this area, however, indicates that this process seems to be widely spread within anaerobic microbial ecology. Microbes “wire up” with their living and non-living surrounding to construct energetic networks. With microbial bioelectrochemical systems, we try to utilize this knowledge for environmental and biotechnological applications. While initially, the recovery of energy as electric current in microbial fuel cells was the main R&D target, our new scientific insights of microbial extracellular electron transfer allow us to make controlled use of this phenomenon for a multitude of further applications.

Können Bakterien elektrischen Strom leiten? Ja! Die Erforschung dieses Phänomens erfährt seit circa zehn Jahren einen großen Aufschwung. Neben spannenden wissenschaftlichen Erkenntnissen steht dabei die mögliche technische Nutzung in mikrobiellen bioelektrochemischen Systemen im Mittelpunkt. Diese Systeme können Abwasser als Energiequelle nutzen, Schadstoffe abbauen, Chemikalien herstellen und vieles mehr ...

Nicht nur ethische Bedenken und restriktive Gesetze, sondern auch praktische Erwägungen lenken die gegenwärtige Stammzellenforschung auf adulte Stammzellen, umso mehr, als es zunehmend gelingt, differenzierte Zellen in den Zustand teilungsfähiger Vorläuferzellen zurückzuversetzen. Dies ermöglicht Therapien mit autologen, immunologisch toleranten Zellen und Geweben. In Bioreaktoren werden bereits erfolgreich autologe Ersatzgewebe für verbrannte Haut, verschlissene Knorpelelemente und Herzklappen gezüchtet. Im Reagenzglas entstehen auch schon weitgehend entwickelte Augen durch Selbstorganisation, freilich im frühembryonalen Zustand. Abschließend wird die erstaunlicherweise wenig bekannte Gesetzeslage in Deutschland referiert.

Induced Stem Cells and Tissue Engineering

Not only ethical reservations and restrictive laws direct medically oriented stem cell research towards adult stem cells, facilitated by new methods to reprogram differentiated cells back to proliferating progenitors. This allows new therapies with autologous, immunologically tolerant cells and tissues. In bioreactors autologous tissues are grown to replace, for instance, burned skin, cartilaginous elements, and heart valves. Even almost complete eyes, however in an embryonic state, can develop from stem cells in culture by self organization. Finally the German laws related to stem cell research are reviewed.

Gesetzliche Restriktionen ebenso wie immunologische Barrieren setzen der Verwendung embryonaler Stammzellen enge Grenzen und verweisen die medizinisch orientierte Forschung auf adulte Exemplare. Neue Verfahren, um solche umzuprogrammieren und differenzierten Zellen wieder Eigenschaften von Stammzellen zu verleihen, ermöglichen in zunehmendem Maße die Herstellung von Ersatzgeweben in Bioreaktoren.

Die unterschiedliche Beinanzahl im Bauplan von Insekten und Spinnen wird als Modell genutzt, um Einblicke in die Genetik und Evolution von Bauplanunterschieden zu bekommen. Dabei spielen die Hox-Gene eine wichtige Rolle: Insbesondere das Hox-Gen Antennapedia hat während der Evolution offenbar seine Funktion und Interaktion mit bislang unbekannten Faktoren geändert.

Why spiders have (only) eight legs

The difference in leg number between insects and spiders serves as a model for the study of the genetics and evolution of bodyplan differences. In this context the Hox genes are important factors: especially the Hox gene Antennapedia has apparently changed its function and interactions with so far unidentified factors to result in the eight-legged spider bodyplan.

Insekten haben sechs Beine, Spinnentiere wie beispielsweise Webspinnen jedoch acht. Warum ist das so? Der Versuch, diese Frage wissenschaftlich zu beantworten, führt uns tief hinein in die Gesetzmäßigkeiten der Evolution und Genetik und gewährt uns Einblicke, wie sich komplexe Lebewesen aus einer einzigen befruchteten Eizelle entwickeln.

Eduard Strasburger (1844–1912), für mehr als 30 Jahre Direktor des Botanischen Instituts und Botanischen Gartens sowie Rektor der Rheinischen Friedrich-Wilhelms Universität Bonn, gilt auf Grund seiner Beiträge zur Zellenlehre, Fortpflanzung, Vererbung und Evolution der Pflanzen als Begründer der modernen Zellbiologie sowie neben Julius Sachs als Inspirator der Sensorik der Pflanzen. Auch im Zeitalter der molekularen Genetik sind Strasburgers Forschungsansätze und -ideen hochaktuell. Mit seinem für die damalige Zeit erstaunlichen Maß an Anwendungspotenzial, seiner Industriekooperation, Öffentlichkeitsarbeit und Internationalität sowie seinem integrierenden Forschungsansatz erfüllt Strasburger ein Anforderungsprofil heutiger Zeit; sein Motto “Wissenschaft ist in ständigem Fluß” wird immer Gültigkeit haben. Das von ihm 1894 mit drei weiteren Kollegen gegründete Lehrbuch der Botanik für Hochschulen, übersetzt in zahlreiche Sprachen, liegt derzeit in der 36. Auflage vor.

Eduard Strasburger

Eduard Strasburger, director of the Institute of Botany and the Botanical Garden at the University of Bonn from 1881 to 1912, was one of the most admirable scientists in the field of plant biology, not just as the founder of modern plant cell biology but in addition as inspirator for sensory plant biology. He contributed to plant cell biology by discovering the discrete stages of karyokinesis and cytokinesis in algae and land plants, describing cytoplasmic streaming in different systems, and reporting on the growth of the pollen tube into the embryo sac and guidance of the tube by the synergides. Strasburger attracted attention to many biological phenomena which remain hot spots even in current plant cell biology research, e.g., mechanisms of cell plate formation, vesicle trafficking as a basis for most important developmental processes, structure and function of the plasmodesmata, and signaling related to fertilization. By his early industrial cooperation, internationality, integrating research profile and public teaching he fulfills even today's most admired and desirable qualities of a distinguished and highly honored academic scholar and frontier scientist.

Aktuelle Biologie definiert sich über Omicsismen: Genomics, Transcriptomics, Proteomics, Metabolomics etc., über Systembiologie und Biodiversität. Dabei wird die Halbwertzeit von Publikationen immer kürzer. Kann also im Zeitalter von Hochgeschwindigkeitserkenntnis ein Rückblick um 100 Jahre und mehr noch einen Beitrag leisten? Ja, er kann! Strasburgers Beobachtungen, Interpretationen und Visionen fördern auch heute noch als heuristisches Prinzip wissenschaftliche Erkenntnis.

Nur versierte Spezialisten können die gesamte Käfer-Vielfalt überschauen, die sich auf Blüten und Blättern, unter Steinen und Totholz im Garten zeigen kann. Es ist ein besonderes Naturerlebnis, wenn an warmen Frühlingsabenden große Käfer in schwerfälligem Flug ums Haus schwärmen. Durch metallischen Glanz und leuchtende Farben, interessante Lebenszyklen oder auch lästigen Fraß an Zier- und Nutzpflanzen machen viele Arten auf sich aufmerksam.